摘要：臭氧是氧的同素異形體，有強(qiáng)氧化性，在消毒、滅菌方面應(yīng)用廣泛。本文簡(jiǎn)要概述了臭氧的濃度表示方法以及臭氧濃度檢測(cè)及注意事項(xiàng)。

　　關(guān)鍵詞：臭氧，濃度，檢測(cè)

　　中圖分類號(hào)：X5

　　臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，具有很強(qiáng)的殺菌消毒、漂白、除味等特性，臭氧可以清除和殺滅空氣、水、食物中的有毒物質(zhì)和細(xì)菌，在消毒、滅菌過(guò)程中僅產(chǎn)生無(wú)毒的氧化物，多余的臭氧最終還原為氧，在被消毒物品上無(wú)殘留，無(wú)二次污染，因此廣泛應(yīng)用于水消毒、食品加工殺菌凈化、食品貯藏保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生和家庭消毒凈化等方面[1]。

　　1. 臭氧濃度表示方法

　　1.1 以單位體積內(nèi)所含臭氧的質(zhì)量數(shù)表示，常用的單位有mg/L、mg/m3、μg/m3簡(jiǎn)稱質(zhì)量濃度，它們的關(guān)系是：1mg/L=103mg/m3=106μg/m3。我國(guó)各種標(biāo)準(zhǔn)均采用質(zhì)量濃度。

　　1.2 體積濃度，用ppm或ppb作為濃度單位。ppm(parts per million)單位是指在100萬(wàn)氣體體積中含有臭氧的體積數(shù)，在美國(guó)、日本等國(guó)家習(xí)慣使用體積濃度。1ppm =103ppb。在我國(guó)ppb一般指10 -9。

　　1.3 用體積百分比%(vol)和pphm來(lái)表示體積濃度的，它們的關(guān)系式是

　　1%(vol)=10 4ppm=106 pphm=107ppb

　　1.4 用重量百分比來(lái)表示臭氧的濃度。一般用%(wt)表示，%(wt)的含義是：臭氧的質(zhì)量/含有臭氧氣體的質(zhì)量× 100%。這樣，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

　　1ppm = 2.14mg/m3 = 1.66 × 10 -4 %(wt)

　　1%(wt)(空氣中)= 12.93g/m3 = 6042ppm

　　1%(wt)(氧氣中)14.3g/m3 = 6682ppm

　　1.5 表示水中溶存臭氧的單位有 mg/L、g/m3和ppm(wt)

　　mg/L ——其含義是臭氧的質(zhì)量(mg)/含有臭氧水的容積(m3)

　　g/m3 ——是臭氧的質(zhì)量(mg)/含有臭氧水的容積(m3)

　　ppm ——是臭氧的質(zhì)量/含有臭氧水的質(zhì)量× 10 6

　　1mg/L=1g/m3=1ppm

　　2. 臭氧濃度與消毒效果

　　2.1 臭氧的殺菌濃度

　　和其它消毒殺菌劑一樣，臭氧消毒也只有達(dá)到足夠的劑量，作用一定時(shí)間才能達(dá)到消殺效果。例如當(dāng)臭氧濃度為0.08~0.6ppm時(shí)，對(duì)空氣中細(xì)菌繁殖體中的大腸桿菌作用 30min，其平均殺滅率達(dá)84.60~99.9%，而空氣中臭氧濃度為0.34~0.85ppm時(shí)，作用 10~30min，其殺滅率可達(dá)99.47~99.97%。又如臭氧對(duì)空氣消毒時(shí)，當(dāng)濃度為0.21mg/L時(shí)，作用10min對(duì)金黃色葡萄球菌殺滅率達(dá)90.81%，如提高濃度為0.72mg/L時(shí)，作用時(shí)間仍為10min，殺滅率可達(dá)99.99%。一般講臭氧的濃度愈高其殺菌效果愈好。

　　2.2 環(huán)境臭氧濃度不能過(guò)高

　　臭氧除了對(duì)人類有益的一面外，同時(shí)它又是一種對(duì)環(huán)境污染的物質(zhì)，我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-1996)[2]中規(guī)定臭氧的濃度限值(1小時(shí)平均)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為0.12mg/m3;二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為0.16mg/m3;三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為0.20mg/m3。臭氧的工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)國(guó)家zui高限值為0.1ppm(0.20mg/m3)。因此利用臭氧消毒殺菌濃度不應(yīng)過(guò)高，臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量不是越高越好。例如：一般家庭用室內(nèi)殺菌的臭氧發(fā)生器產(chǎn)量應(yīng)在200mg/h左右，zui高不要超過(guò)400mg/h。這樣，在臭氧殺菌工作30~60min后，室內(nèi)殘余濃度低于果品家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。需要注意的是，一些過(guò)敏體質(zhì)的人，長(zhǎng)時(shí)間暴露在臭氧含量超過(guò)0.18mg/m3的環(huán)境下，會(huì)出現(xiàn)皮膚刺癢，呼吸不暢，咳嗽及鼻炎等癥狀。濃度再高，會(huì)給人體造成更大的傷害[3]。

　　3 臭氧濃度檢測(cè)方法

　　臭氧的檢測(cè)方法大致可分為化學(xué)分析法、物理分析法、物理化學(xué)分析法三類。

　　3.1.化學(xué)分析法

　　3.1.1 dian量法

　　dian量法是最常用的臭氧測(cè)定方法，我國(guó)和許多國(guó)家均把此法作為測(cè)定氣體臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法。其原理為強(qiáng)氧化劑臭氧(O3)與dian化鉀(KI)水溶液反應(yīng)生成游離dian(I2)，臭氧還原為氧氣。反應(yīng)式為：

　　O3 + 2KI + H2O → O2 + I2 + 2KOH

　　游離dian顯色，依在水中濃度由低至高呈淺黃至深紅色。

　　利用硫代硫酸鈉(NaS2O3)標(biāo)準(zhǔn)液滴定，游離dian變?yōu)閐ianhua鈉(NaI)，反應(yīng)終點(diǎn)為完全褪色止。反應(yīng)式為：

　　I2 + 2 NaS2O3 → 2NaI +NaS4O6

　　dian量法優(yōu)點(diǎn)為顯色直觀，不需要貴重儀器。缺點(diǎn)是易受其氧化劑如NO、CI2等物質(zhì)的干擾，在重要檢測(cè)時(shí)應(yīng)減除其它氧化物質(zhì)的影響。

　　3.1.2 比色法

　　比色法是根據(jù)臭氧與不同化學(xué)試劑的顯色或脫色反應(yīng)程度來(lái)確定臭氧濃度的方法。按比色手段分為人工色樣比色與光度計(jì)色，此法多用于檢測(cè)水溶解臭氧濃度。

　　國(guó)內(nèi)檢測(cè)瓶裝水臭氧溶解濃度有使用dian化鉀、鄰聯(lián)甲an等比色液的。其方式是利用檢測(cè)樣品顯色液管相比較，確定測(cè)樣臭氧溶解度值(0.05~0.08mg/L)，要求精確的，則利用分光光度計(jì)檢測(cè)。

　　國(guó)外利用此法做成儀器，配制標(biāo)準(zhǔn)工具與藥品作為現(xiàn)場(chǎng)抽檢使用，很方便。如美國(guó)HACH公司、日本荏原公司的DPD(二己基對(duì)苯二胺)比色盤，范圍為0.05~2mg/L。美國(guó)HACH 公司微型比色儀，利用靛藍(lán)染料脫色反應(yīng)。在600nm波長(zhǎng)比色，0.05~0.75nm/L濃度數(shù)字顯示，精度± 0.01nm/L。受其它氧化劑干擾少。

　　3.1.3 檢測(cè)管

　　將臭氧氧化可變化試劑浸漬在載體上，作為反應(yīng)劑封裝在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑的玻璃管內(nèi)做成測(cè)管，使用時(shí)將檢測(cè)管兩端切斷，把抽氣器接到檢測(cè)管出氣端吸取定量臭氧氣體，臭氧濃度與檢測(cè)管內(nèi)反應(yīng)劑柱變色長(zhǎng)度成正比，通過(guò)刻度值讀取濃度值。

　　德國(guó)、日本和我國(guó)都生產(chǎn)臭氧檢測(cè)管，濃度范圍分為高(1000ppm)、中(10ppm)、低(3ppm)三種，用于檢測(cè)空氣臭氧濃度，適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，使用簡(jiǎn)便，但精度低(為±15%)。

　　3.2物理方法

　　物理方法分析臭氧現(xiàn)在在國(guó)際上zui流行的是紫外線吸收法[4,5]。它是利用臭氧對(duì)254nm波長(zhǎng)的紫外線特征吸收的特性，依據(jù)比爾—郎伯(Beer-Lambert)定律制造出的分析儀器，只要選擇合適長(zhǎng)度的吸收池，就可以檢測(cè)0.002mg/m3~5%(vol)濃度的臭氧。其線形在4~5個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)都很好。該法已被我國(guó)作為環(huán)境空氣中測(cè)定臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法(GB/T15438- 1995)。

　　紫外線吸收法不但可以適用于檢測(cè)氣體中臭氧濃度，也可以檢測(cè)水中溶存的臭氧濃度。

　　紫外線吸收法臭氧檢測(cè)：臭氧吸收短波紫外區(qū)(200~300nm)哈特雷波段紫外光，在253.7nm處具有最大吸收。在此波長(zhǎng)，吸收系數(shù)值的范圍從303.9到313.2cm -1·mol -1·L(273K和 760mmHg)，研究者證實(shí)了該值為302.4cm -1·mol -1·L。

　　3.3 物理化學(xué)方法

　　3.3.1 靛藍(lán)二磺酸鈉(簡(jiǎn)稱 IDS)分光光度法

　　其原理是含臭氧的氣體在有多孔玻板的吸收管中通過(guò)蘭色的IDS溶液，生成的溶液用分光廣度計(jì)在610nm處測(cè)量，通過(guò)計(jì)算得出臭氧濃度。這種方法操作比較復(fù)雜，用于檢測(cè)環(huán)境中臭氧濃度或作為基準(zhǔn)用來(lái)標(biāo)定物理方法儀器(低濃度)。

　　IDS 法也被定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)測(cè)定環(huán)境中的臭氧濃度(HJ504-2009)[6]。

　　3.3.2 化學(xué)發(fā)光法

　　該法是利用臺(tái)過(guò)量的乙烯(或NO)與臭氧發(fā)生化學(xué)發(fā)光，用光電倍增管接受發(fā)光光強(qiáng)來(lái)計(jì)算出臭氧的濃度。此法在上世紀(jì)七、八十年代很盛行，曾經(jīng)被美國(guó)ERP列為環(huán)境檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法之一?，F(xiàn)已被紫外法所取代。

　　4. 臭氧濃度檢測(cè)

　　臭氧的檢測(cè)通常是指檢測(cè)臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)量、檢測(cè)臭氧在空氣中的濃度和檢測(cè)臭氧在水中的濃度。

　　4.1臭氧發(fā)生器產(chǎn)量檢測(cè)，通常是采用采用dian量法。

　　4.2空氣中臭氧濃度檢測(cè)，可使用專門用來(lái)測(cè)試空氣中臭氧含量的儀器。這種儀器的量程通常在1-1000ppm，精度在0.1-1.0ppm，LCD夜晶屏直接顯示臭氧濃度數(shù)值，市場(chǎng)上有便攜式的這類儀器出售，使用比較方便，國(guó)內(nèi)有售。

　　4.3水中臭氧濃度檢測(cè)

　　測(cè)量水中溶存臭氧濃度[7]除了用dian量法和紫外線吸收法之外，近年來(lái)國(guó)際上普遍采用了一種稱之為“膜電極”的電化學(xué)方法，它是用一個(gè)帶有可更換的能滲透臭氧的半透膜的探頭和微處理器組成。測(cè)量時(shí)將探頭敏感部分置于臭氧水中，在陰陽(yáng)極之間加一固定極化電壓，溶存的臭氧透過(guò)半透膜到達(dá)陰極表面并被還原，產(chǎn)生與臭氧濃度成正比的擴(kuò)散電流。

　　國(guó)外在對(duì)各種半透膜材料、電極材料、電解質(zhì)以及外加電壓電位的研究后，制造出一種電流的穩(wěn)態(tài)電壓的膜電極，線形和再現(xiàn)性都很好。膜電極法抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、量程廣、可用于在線分析和控制。國(guó)際上有越來(lái)越廣泛地使用膜電極法分析水中臭氧濃度的趨勢(shì)。美國(guó)的ATI公司，ROSEMOUNT公司和瑞士的ROS公司都有膜電極法臭氧分析儀。

　　目前最簡(jiǎn)便的方法是使用DPD臭氧水濃度快速測(cè)試試劑盒，這種試劑的檢測(cè)范圍是0.05- 1.0mg/L。能準(zhǔn)確、快速測(cè)定臭氧在 水中的溶解度，隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)和把握臭氧發(fā)生器的使用狀況以及與水溶液的混合程度，測(cè)試效果與羅維邦比色盤、優(yōu)于哈希比色盤，測(cè)試費(fèi)用低，每盒可測(cè)150次，使得檢測(cè)成本更低，使用更方便。

　　本法尤其適合于現(xiàn)場(chǎng)分析，完全可與進(jìn)口同類產(chǎn)品媲美，在水 行業(yè)、食品行業(yè)、飲料生產(chǎn)、制藥產(chǎn)業(yè)和化工行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　5. 臭氧檢測(cè)中應(yīng)注意事項(xiàng)

　　5.1 采樣管材料應(yīng)選用抗強(qiáng)氧化的材料，如玻璃、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯;不銹鋼材料也盡量少用，以減少采樣管中臭氧損耗。

　　5.2 采樣管應(yīng)盡量短，測(cè)量低濃度時(shí)一般不要超過(guò)2m。

　　5.3 從采樣管到檢測(cè)儀器，不要漏氣，否則測(cè)量值偏低。

　　5.4 檢測(cè)較低濃度(如檢測(cè)環(huán)境)臭氧時(shí)，新的聚四氟乙烯管也要充分的進(jìn)行“臭氧化”，即通過(guò)含較高濃度臭氧的氣體來(lái)穩(wěn)定采樣管內(nèi)壁。日本荏原公司認(rèn)為要20min以上才能穩(wěn)定，而美國(guó)莫尼特公司要求數(shù)小時(shí)。

　　5.5 采樣管要定時(shí)清洗、吹干。不清潔的采樣管會(huì)使測(cè)量值偏低很多。

　　5.6 臭氧分析儀要定時(shí)進(jìn)行標(biāo)定，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)可靠。